[发明专利]一种用于海水淡化的高脱盐聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于海水淡化的高脱盐聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法，通过调节Pluronic F127和十二烷基硫酸钠之间的比例，形成一种三维网络胶束结构，再加入二元胺单体配制水相溶液。由于该胶束网络结构具有表面活性剂的功能，因而它会存留在水溶液的最外层，发挥其调节水相中二胺单体迁移行为的作用。本发明的混合胶束易于制备，能显著影响二元胺单体在水相中的扩散，从而对膜表面的结节和突起结构实现调整，使反渗透膜的表面结构均匀性更好且更光滑，进而减少膜表面的缺陷,在32000ppmNaCl的进料液下，膜的脱盐率在99.5％以上，且水通量仅略微降低。本发明提供了一种制备结构完整、缺陷少的高脱盐聚酰胺反渗透膜的新方法，为聚酰胺膜制膜过程的调控提供了新思路。

技术领域

本发明涉及一种高脱盐复合聚酰胺反渗透膜的制备方法。

背景技术

根据联合国报道，到2025年，全世界大约有52亿人没有安全饮用水和18亿人将面临严重水短缺问题。海水占地球总水量的96.53％，海水淡化是补充水资源供给的有效手段之一，其中膜法海水淡化因其制水效率高，已经成为海水淡化领域的主流方法。目前，反渗透法海水淡化技术是解决日益增长的清洁水生产需求的最佳手段之一。然而，海水淡化反渗透(RO)膜的分离性能还有待进一步提升，以降低制水成本，但存在着分离渗透性与选择性之间的“trade-off”效应，使膜的分离性能改进面临较大挑战。理论上，RO膜在制备过程中，水相的胺单体与油相的酰氯单体具有良好的界面反应能力，使膜聚酰胺分离层具有良好的交联度。但是，常规的界面聚合(IP)反应非常迅速，因而界面反应区的MPD浓度和分布直接影响聚酰胺层的交联度、结构均一性和表面形貌，最终影响膜的分离性能。由于界面反应区的MPD浓度和分布主要取决于MPD的扩散行为包括迁移方向和速度，而常规的界面聚合过程难以精准调节MPD的扩散，难以在避免聚合过程中局部产生一些微观缺陷，形成一些未反应完全的交联区域，使膜的结构不均一，导致膜的分离性能难以达到最佳。因此，反渗透膜具有高度均匀的孔径或更少的缺陷至关重要。

表面活性剂是一种常用于改变溶液表面张力的分子，它一端为亲水基团，另一端为疏水基团，在溶液的表面能定向排列，因此具有在溶剂增溶、分散以及降低界面张力等一系列物理化学作用及相应的实际应用。近年来，有人尝试通过表面活性剂来调节IP过程，改变了聚酰胺的交联度和孔结构以提高膜的分离性能。例如，Jin等(Liang,Y.；Zhu,Y.；Liu,C.；Lee,K.-R.；Hung,W.-S.；Wang,Z.；Li,Y.；Elimelech,M.；Jin,J.；Lin,S.,Polyamidenanofiltration membrane with highly uniform sub-nanometre pores for sub-1precision separation[J],Nature communications,2020,11(1),2015.)使用小分子十二烷基硫酸钠(SDS)来调节哌嗪(PI)的扩散，从而改变膜的交联度和膜的孔径，提升膜的分离性能。Zhang等(Tan,Z.；Chen,S.；Peng,X.；Zhang,L.；Gao,C.,Polyamide membranes withnanoscale Turing structures for water purification[J],Science,2018,360(6388),518-521.)则通过大分子聚乙烯醇(PVA)来调节哌嗪(PI)的扩散，可以制造出具有结节或菱状结构的图灵型的聚酰胺膜，表现出高透水性。但这些均是用在纳滤膜(NF)改性中，并未用于反渗透(RO)膜，而且只是单一物质的影响。此外，Shen等(Q.Jia,H.Han,L.Wang,B.Liu,H.Yang,J.Shen,Effects of CTAC micelles on the molecular structures andseparation performance of thin-film composite(TFC)membranes in forwardosmosis processes[J],Desalination,2014,340(1),30-41.)通过十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)胶束来调节间苯二胺(MPD)的界面聚合过程，改变膜聚酰胺交联，从而提升膜对盐的选择性，特别对于二价盐(MgCl₂)有很好的分离效果。